Коммуникационное оборудование

Информация в локальных сетях чаще всего передается в последовательном коде, то есть бит за битом. При такой передаче данных для этого требуется всего один передатчик и один приемник. При параллельной же передаче количество передатчиков и приемников возрастает пропорционально разрядности используемого параллельного кода. Поэтому даже при разработке сети незначительной длины (порядка десятка метров) чаще всего все равно выбирают последовательную передачу.

Хотя компьютеры и являются центральными элементами обработки данных в сетях, в последнее время не менее важную роль стали играть коммуникационные устройства:

§ Линии связи

§ Коммутаторы, концентраторы и маршрутизаторы

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на следующие:

§ кабельные (медные и волоконно-оптические);

§ радиоканалы наземной и спутниковой связи.

В настоящее время выпускается огромное количество типов кабелей, например, которые можно разделить на три большие группы:

§ коаксиальные кабели;

§ кабели на основе витых пар проводов;

§ оптоволоконные кабели.

Коаксиальный кабель представляет собой электрический кабель, состоящий из центрального провода и металлической оплетки, разделенных между собой слоем диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.

Коаксиальный кабель до недавнего времени был распространен наиболее широко, что связано с его высокой помехозащищенностью, высокими допустимыми скоростями передачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми расстояниями передачи (до километра и выше). Однако монтаж и ремонт коаксиального кабеля достаточно сложен, а стоимость его высока. Сложнее и установка разъемов на концах кабеля. Поэтому в настоящее время считается, что коаксиальный кабель устарел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель. Новые стандарты на кабельные системы уже не включают его в перечень типов кабелей.

Витые пары проводов используются в самых дешевых и самых популярных кабелях. Кабель на основе витых пар представляет собой несколько пар скрученных изолированных медных проводов в единой диэлектрической (пластиковой) оболочке. Он довольно гибкий и удобный для прокладки.

	Самым совершенным кабелем из используемых в настоящее время, является кабель категории 5. Он состоит из четырех пар медных витых проводов, имеющих не менее 27 витков на метр длины. Информация по такому кабелю может передаваться со скоростью 10, 100 Мбит/с и 1 Гбит/с. Для ЛВС, построенных на основе витой пары, существует существенное ограничивающее условие: длина кабеля между двумя устройствами (например, между коммутатором и компьютером) не может превышать 300 футов (около 100 метров).
Для присоединения витых пар используются разъемы (коннекторы), похожие на всем известные разъемы, используемые в телефонах (R J-11), но несколько большие по размеру (поэтому они не входят в телефонную розетку). Разъемы RJ-45 имеют восемь контактов вместо четырех в случае RJ-11. Присоединяются разъемы к кабелю с помощью специальных обжимных инструментов. При этом золоченые игольчатые контакты разъема прокалывают изоляцию каждого провода, входят между его жилами и обеспечивают надежное и качественное соединение. На рисунке показан специальный кабель – патч-корд – служащий для соединения двух устройств, например подключения компьютера к сетевой розетке.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

	Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1 - 10 мкм) стекловолокно - световод, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна.
В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у силикатной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального стекловолокна).

Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей). Скорость передачи данных по такому кабелю – от 100 Мбит/с и выше, что несравнимо больше, чем у любых электрических кабелей, а дальность передачи – до 80 км.

Внутри одного оптоволоконного кабеля находится не менее 4-х световодов. Передача данных по каждому их них ведется лишь в одну сторону, т.е. один всегда работает на прием, а другой – на передачу. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно (транссиверов), что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

В последнее время начали широко распространяться устройства беспроводной связи, обеспечивающие доступ компьютера в ЛВС по радиоканалу. Это позволяет избежать прокладки кабельных систем и жесткой привязки компьютера к точке доступа в сеть. ЛВС может легко наращиваться и трансформироваться.

К устройствам беспроводной связи относятся беспроводные точки доступа и карты беспроводного доступа.

Беспроводная точка доступа представляет собой устройство, непосредственно подключаемое к ЛВС в любой ее точке. Скорость передачи данных по радиоканалу, в зависимости от применяемого оборудования, равняется 5 – 100 Мбит/с.

Беспроводная сетевая карта может быть вставлена в слот расширения стационарного компьютера или в слот PCMCI компьютера типа NoteBook.

Коммутатор – многопортовое устройство, к которому подключаются рабочие станции. Все порты коммутатора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, коммутатор находит адресата сигнала и создает между ними канал передачи данных, т.е. коммутирует два компьютера. Концентратор, в отличие от коммутатора, транслирует полученный сигнал на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается, а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим устройством.

Коммутаторы можно соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии. Назначение коммутаторов- объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети.

Для подсоединения к сети каждый компьютер должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту), вставляемую в слот расширения материнской платы. На рисунке показан сетевой адаптер, имеющий гнезда для подключения кабеля на основе витой пары (верхнее гнездо) или коаксиального кабеля (нижнее гнездо).

Если сеть строится на основе коаксиального кабеля (шинная топология), то к сетевому адаптеру присоединяется тройниковый соединитель – Т-коннектор, к обоим сторонам которого присоединяются кабеля, идущие к соседним компьютерам (рисунок слева). Т-коннектор крайнего, последнего в сети компьютера должен иметь заглушку – нагрузочное сопротивление (рисунок справа).

Если сеть строится на основе витой пары (топология звезды), то в сетевой адаптер вставляется один разъем соединительно провода – патч – корда (рисунок слева), другой конец которого должен быть вставлен в сетевую розетку, смонтированную, как правило, на стене. От розетки по монтажным коробам идет соединительный кабель к коммутатору.

Все кабели сети, выполненной на основе витой пары, сходятся на патч-панелях коммутационных шкафов, в которые монтируются и коммутаторы. Коммутационные шкафы – практически самое уязвимое место в ЛВС, т.к. от работоспособности его устройств зависит работоспособность сегмента (сегментов) ЛВС или всей сети, а также сохранность накапливаемой и обрабатываемой в ней информации. Поэтому коммутационные шкафы должны располагаться в специально оборудованных помещения с ограниченным доступом.

Современные ЛВС могут иметь достаточно сложную структуру и использовать для передачи данных, в зависимости от решаемых задач и расстояний, самое различное оборудование. На следующем рисунке представлена схема организации ЛВС Краевой клинической больницы. Она построена на основе кабельных средств типа «витая пара» по топологии «звезда» и имеет выделенный контроллер домена с сетевой операционной системой Windows 2000 Server. Для передачи данных на большие расстояния используются оптоволоконные кабели. Доступ в Интернет осуществляется по выделенному (телефонному) каналу. Защиту ЛВС от входа со стороны Интернет обеспечивает специальный сервер, работающий под управлением операционной системы Unix.

Часть коммутационного шкафа с тремя патч-панелями и коммутатором (вверху), соединенными патч-кордами.

Эффективность работы всей сети зависит от используемой сетевой операционной системы. При проектировании сети учитывают, насколько просто данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети, насколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных, до какой степени она позволяет наращивать число пользователей, можно ли перенести ее на компьютер другого типа и многие другие соображения.

Наиболее часто в качестве сетевых операционных систем используются ОС семейств Windows и Unix.

В качестве сетевых приложений (программных средств для работы в сети) используются различные сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы, средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и др.

Схема локальной вычислительной сети Краевой клинической больницы

Адресация

Для идентификации каждый компьютер, подключенный к ЛВС, имеет свой персональный адрес. В случае одноранговых сетей эти адреса являются статическими и назначаются администратором сети вручную. В сетях с контроллером домена адреса рабочим станциям присваиваются специальным компьютером – контролером домена, управляющим раздачей адресов и контролирующим всю работу сети. Такие адреса называются динамическими.

В настоящее время наиболее распространенными являются адреса, соответствующие требования Интернет – протокола – IP-адреса. Каждый адрес имеет 32 бита и состоит из двух полей – идентификатора сети и идентификатора конкретного компьютера (младший байт адреса). Все адреса компьютеров одной сети имеют одинаковые идентификаторы сети, лежащие в некотором адресном пространстве, называемом адресном пространством домена. С точки зрения сетевой операционной системы доменом является группа компьютеров и управляющих ими серверов, находящаяся в одном месте: здании, этаже, организации, ее подразделений. Пользователь, имеющий право доступа к домену, может работать с любым из входящих в него серверов.

Рабочие группы

Основное назначение любых видов компьютерных сетей — организация совместного доступа к ресурсам любого из компьютеров, подключенного к данной сети. Прежде всего, это совместный доступ к данным и программам, находящимся на одном из компьютеров сети - файловом сервере, которые могут использоваться любым из подключенным к нему компьютером. Так происходит, например, при использовании сетевой бухгалтерской программы, когда работники, которые имеют доступ к сети, могут вносить изменения в единую базу данных. Для организации постоянной связи между компьютерами локальной сети их объединяют в рабочие группы, которые являются частыми домена.

Для рабочей группы характерны следующие признаки:

§ определенная территориальная сосредоточенность;

§ коллектив пользователей рабочей группы решает сходные задачи, использует однотипное программное обеспечение и общие информационные базы;

§ в пределах рабочей группы существуют общие требования по обеспечению безопасности и надежности хранения информации;

§ совместно используются высокопроизводительные периферийные устройства.

Рабочие группы могут иметь свои локальные сервера, нередко территориально расположенные на территории рабочей группы.